Всё, что мы знали о воде, оказалось ложью: в невесомости она ведёт себя наоборот

На Земле жидкости ведут себя привычно — волны гасятся барьерами, а направление потоков определяется гравитацией. Но в космосе всё иначе: в условиях микрогравитации именно поверхностное натяжение берёт на себя роль главного регулятора. Новое исследование Университета Миссисипи показало, что изгиб мениска может кардинально изменить поведение волн и управление потоками жидкости в невесомости.

Команда под руководством Ликуна Чжана, старшего научного сотрудника Национального центра физической акустики и доцента кафедры физики и астрономии, вместе с аспирантом Чжэнву Ваном провела эксперименты , имитирующие низкую гравитацию. Они наблюдали, как поверхностные волны проходят через частично погружённый барьер, когда вода формирует изгиб у его границ.

Оказалось, что даже небольшое изменение формы мениска может кардинально повлиять на передачу энергии. Слабая кривизна позволяет волнам легче обходить преграду, а более крутая — почти полностью блокирует прохождение. «Наше интуитивное представление подсказывает, что барьер должен гасить волны, но оказалось, что при определённой форме мениска они проходят даже эффективнее», — отметил Чжан. В эксперименте изменение всего на полтора миллиметра снизило уровень передачи энергии с примерно 60% до нескольких процентов.

Эти эффекты на Земле кажутся незначительными, но в космосе они становятся критически важными. Там, где нет гравитации, именно поверхностное натяжение определяет работу систем жизнеобеспечения , топливных баков и контуров охлаждения. «Это крошечные эффекты в быту, но в микрогравитации они могут решать всё», — пояснил Ван.

Для проверки гипотезы исследователи создавали слабые поверхностные волны, помещали на их пути барьеры и измеряли форму мениска с помощью акустических инструментов. Меняя высоту преграды и её покрытие — гидрофильное или гидрофобное — они добивались разного поведения жидкости и фиксировали, сколько энергии волна всё же передавала дальше.

Задача, как подчёркивает Чжан, носит фундаментальный характер — это изучение базовой физики взаимодействия волн и барьеров. Однако практическая ценность очевидна: управление жидкостями без гравитации необходимо для систем водоочистки, переработки ресурсов и безопасного хранения топлива.

Перспективы исследований выходят и за пределы космоса. Те же механизмы могут применяться в микрофлюидных устройствах, где жидкости движутся по каналам шириной в миллиметры. Такие технологии уже лежат в основе ДНК-чипов, «лабораторий на кристалле» и медицинских микросистем . «Мы впервые показали новый способ управления жидкостью, и это открывает дорогу к явлениям, о которых раньше даже не задумывались», — заключил Чжан.